CS215280B1 - Zapojeni pro regulaci trakčního pohonu s nezávislou elektrickou brzdou - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu je jednoduché zapojeni trakčního pohonu vozidla elektrickou brzdou nezávislou na trolejovém napájecím napětí. Největší výhodou tohoto zapojení pohonu je, že průběh momentové charakteristiky elektrické brzdy dosahuje v oblasti malých rychlostí relativně velmi vysokých momentů. Toho se dosahuje vhodným rozdělením brzdového odporníku na dvě části, z nichž jedna část je zařazena v režimu brzdy v obvodu buzení, druhá v obvodu kotvy. Z rozboru uvedeného v popisu vynálezu vyplývá, že jedna složka brzdného momentu na jedné části brzdového odporníku je přímo úměrná rychlosti a na druhé části je jí nepřímo úměrná. Tím lze dosáhnout momentové charakteristiky elektrické brzdy téměř nezávislé na rychlosti vozidla. Zapojení umožňuje i částečnou rekuperaci bez dalších přídavných zařízení. Vynález lze s výhodou použít u vozidel městské hromadné dopravy.

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci trakčnihů pohanu s nezávislou elektrickou brzdou se sériovým motorem a tyrlstorovým impulsním regulátorem s použitím zejména ve stejnosměrné trakci.

Dosud jsou známy systémy pro rozběh a brzdění trakčního vozidla, vzájemně se lišící zapojením a vlastnostmi. Jednoduché systémy užívají převážně elektrickou brzdu závislou na napájecím zdroji. Vedle nevýhody spočívající v závislostí funkce na zdroji, se tyto systémy vyznačují nevýhodným průběhem brzdových charakteristik. Systémy s nezávislou brzdou se vyznačují větší složitostí. Pokud mají v režimu brzdy v obvodu kůtvy zapojen konstantní odpor, mají tyto systémy nepříznivý průběh brzdových charakteristik, vyznačujících se lineárním poklesem momentu až do nuly, většinou od poloviny pracovní rychlosti směrem k rychlosti nulové. Dále jsou známy systémy, které tento nepříznivý průběh brzdové charakteristiky zlepšují pomocí pulsního měniče zapojeného paralelně k brzdovému odpornlku. Tyto systémy se vyznačuji značnou složitostí a komplikovaným přechodem z režimu jízdy do režimu brzdy jí jiaopak.

Podle vynálezu zapojení pro regulaci trakčního pohonu s nezávislou brzdou, spočívá v tom, že první vstup filtru je.připojen přes paralelní kombinaci stykače napájení pohonu a nabíjecího obvodu na první napájecí svorku, a že druhý vstup filtru je připojen na druhou napájecí svorku, přičemž kladná výstupní svorka filtru je připojena na první vstup pulsního měniče, jehož výstup je přes budicí vinutí trakčního motoru připojen na anodu blokovací diody, jejíž katoda je přes sériovou kombinaci kotvy trakčního motoru a čidla kotevního proudu připojena na zápornou výstupní svorku filtru, na níž je současně připojena anoda nulové diody, jejíž katoda je připojena na výstup pulsního měniče, přičemž na zápornou výstupní svorku filtru je dále připojena přes první brzdový odporník anoda první diody, jejíž katoda je připojena na první vstup pulsního měniče, přičemž anoda první diody je dále přes první brzdový stykač připojena na katodu blokovací diody, jejíž anoda je přes sériovou kombinací druhého brzdového stykače, druhého brzdového odporníku a čidla budicího proudu brzdy připojena na zápornou výstupní svorku filtru, přičemž výstup čidla budicího proudu brzdy je připojen na první vstup řídicího regulátoru, jehož druhý vstup je připojen na výstup čidla kotevního proudu a třetí vstup řídicího regulátoru je připojen na první vstup pulsního měniče, jehož druhý vstup je spojen s druhým výstupem řídícího regulátoru, jehož čtvrtý vstup je spojen se zadávacím členem, a že k budicímu vinutí trakčního motoru jsou připojeny obvody zeslabení magnetického pole trakčního motoru, jejichž vstup je připojen na třetí výstup řídicího regulátoru, a že k paralelní kombinaci budícího vinutí trakčního motoru a obvodů zeslabení magnetického pole trakčního motoru je do série zapojena přídavná indukčnost.

Zapojení podle vynálezu odstraňuje dosavadní nevýhody a nedostatky výše uvedené a má řadu předností oproti dřívějším systémům: Největší výhodou je řešení zapojení pohonu na režim jízdy i nezávislé elektrické brzdy, přičemž průběh momentové charakteristiky elektrické brzdy dosahuje v oblasti malých rychlosti stejných parametrů jako nejsložitější systémy a tím je dosažena maximální jednoduchost přechodu z režimu jízdy do elektrické brzdy a naopak. Přes svoji jednoduchost, zapojení současně umožňuje bez dalších přídavných zařízení a úprav obvodů částečnou rekuperaci energie v režimu elektrické brzdy.

Zapojení podle vynálezu je zřejmé z vyobrazení. Na obrázku 1 je základní schéma zapojení stejnosměrného regulovaného pohonu, na obrázku 2 je část schéma regulovaného pohonu znázorňující alternativu s použitím přídavné Indukčnosti a na obrázku 3 je základní schéma pohonu v režimu brzdy. .

Zapojeni pro regulaci trakčního motoru s nezávislou elektrickou brzdou sestává ž prvého a druhého brzdového stykače Si S2, které spínají v režimu nezávislé elektrické brzdy, stykače napájeni pohonu Sn, který připíná napájecí napětí v řežlmu jízda, - prvého- a- druhého brzdového odporniku Rt, R2, ve kterých je mařena kinetická energie trakčního vozidla, první diody Di, nulové diody D2, blokovací diody D3, nabíjecího obvodu 1, flitru 2, s prvním vstupem a, druhým vstupem b, s kladnou, výstupní svorkou c a zápornou výstupní svorkou d. Dále sestává z pulsního měniče 3, s prvním vstupem f, druhým vstupem h a výstupem g, budicího vinutí 4 trakčního motoru a kotvy 5 trakčního motoru čidla kotevního proudu 6 s výstupem n a čidla budicího proudu brzdy 7 s výstupem o. Zapojení dále sestává z řídicího regulátpru 8 s prvním vstupem i, druhým vstupem j, třetím vstupem k, čtvrtým vstupem 1, prvým výstupem m, druhým výstupem p a třetím výstupem q. Zadávací čleň 9 je určen k zadáni požadované hodnoty elektrické brzdy. A je první napájecí svorka a B je druhá napájecí svorka pro trakční pohon. Dále může trakční pohon ještě obsahovat obvody zeslabení magnetického pole 10 trakčního motoru, eventuálně přídavnou índukčnost L do série k budicímu vinutí 4 trakčního motoru.

Zapojeni podle vynálezu pracuje ve dvou základních provozních režimech. V režimu jízda zajišťuje pohon trakčního vozidla. V režimu elektrická brzda pak jeho. brzdění. V .režimu Jízda je stykač napájeni pohonu Sn sepnut a napájecí napětí z první a druhé napájecí svorky A, B, je přivedeno na první a druhý vstup a, b filtru 2, kde pro filtraci ve filtru 2 je z jeho kladné výstupní svorky c přivedeno napětí na první vstup pulsního měniče 3. Na základě řídicích Impulsů z druhého výstupu p a řídicího regulátoru 8 přivedených na druhý vstup h pulsního měniče 3 reguluje pulsní měnič 3 výstupem g proud trakčním motorem. Proud prochází přes budicí vinuti 4 trakčního motoru blokovací diodou Ds, kotvou trakčního motoru 5 a čidlo kotevního proudu 6 na zápornou výstupní svorku d filtru 2, anebo se uzavírá přes nulovou diodu D2 zpět na budicí vinutí 4 trakčního motoru v závislostí na okamžitém pracovním stavu pulsního měniče 3. Brzdové stykače Si, S2, jsou rozepnuty. Signál z výstupu n čidla kotevního

1 5 2 8 0 proudu 6 vstupuje jako druhý vstup j do řídicího regulátorů 8, kde je zpracován spolu se signálem zadávacího členu 9,. který je čtvrtým vstupem 1 zadávacího členu 9. Tyto signály jsou základními signály pro vytváření impulsů pro řízeni pulsního měniče 3 v režimu jízda. V těch aplikacích, kde je třeba rozšířit trakční charakteristiku pohonu k větším momentům při velkých otáčkách se použije obvodů zeslabení magnetického pole trakčního motoru 10 zapojených paralelně k budicímu vinutí 4 trakčního motoru. Obvody zeslabení magnetického pole trakčního motoru 10 jsou řízený třetím výstupem q řídicího regulátoru 8 přivedeným na vstup r těchto obvodů v závislosti na okamžitém funkčním stavu regulov. trakčního pohonu. V režimu na napájecím zdroji nezávislé elektrické brzdy je stykač napájení pohonu Sn rozpojeni první a druhý brzdový stykač Si, S2 jsou sepnuty. Energii pro počáteční nabuzení trakčního motoru v režimu brzdy lze čerpat z kterýchkoliv následujících zdrojů energie. Prvním zdrojem může být energie nahromaděná ve filtru 2. Jako další zdroj energie může posloužit napětí na kotvě trakčního motoru (5) způsobené remanentním magnetismem trakčního motoru. Třetím zdrojem energie pro prvotní nabuzení trakčního motoru v režimu brzdy může být první výstup m řidicího regulátoru 8. Tím, že napájení pulsního měniče 3 pomocí prvního výstupu m řidicího regulátoru 8 je zapojeno na třetí pomocný, vstup e filtru 2, jsou výrazně sníženy nároky na výkon prvního výstupu m. Na základě požadované hodnoty elektrické brzdy ze zadávacího členu 9, řídicí regulátor 8 začne řídit pulsní měnič 3 tak, že tento sepne proud do budicího obvodu tvořeného budicím vinutím 4 trakčního motoru, druhým brzdovým stykačem S2, druhým brzdovým odporníkem R2 a čidlem budicího proudu brzdy 7. Třetí vstup k řidicího regulátoru 8 je určen k informaci o napájecím napětí pulsního měniče 3. Nabuzením trakčního motoru vzniká na jeho kotvě napětí, které vyvolává proud přes první brzdový stykač Si do prvního brzdového odporníku Ri a uzavírá se přes čidlo kotevního proudu 8. -Současně toto napětí přes první diodu Di napájí první vstup £ pulsního měniče 3, čímž je z jeho výstupu g zajištěna energie pro další buzení trakčního motoru. Signál z čidla kotevního proudu 6 a signál z čidla budicího proudu brzdy 7 mají funkci zpětnovazebních signálů. Blokovací dioda D3 odděluje v režimu brzdy obvod kotvy trakčního motoru 5 od jeho budicího vinutí 4 trakčního motoru. Základní brzdový odporník, tzn. první brzdový odporník Ri je Stejně jako u nejjednodušších systémů konstantní a v režimu elektrické brzdy je trvale připojen ke kotvě trakčního motoru 5. Výkon na tomto odpor níků Ri je dán vztahem

Pri =7^kdeU_Kje napětí na kotvě trakčního motoru 5 a π je hodnota prvního brzdového odporníku Ri. Brzdový moment M je dán vztahem M = k · y > kde k je konstanta

P je výkon motoru v režimu elektrické brzdy a v je ryclílost· vozidla. Jelikož výkon P je určen druhou mocninou kotevního napětí Uk, které je úměrné rychlosti v a budicímu proudu Jb trakčního motoru, je brzdový moment M odpovídající výkonu na odporníku zapojeném v obvodu kotvy .trakčního motoru úměrný součinu s = v. J²b. Z tohoto vztahu je zřejmé, že moment v tomto případě lineárně klesá s rychlostí vozidla v.

V zapojení podle vynálezu je kotva trakčního motoru 5 dále zatížena budicím obvodem jak je znázorněno na obr. 3. Celkový výkon odebíraný z kotvy trakčního motoru 5 tedy P_c = Pri + Pb, kde Pb je příkon do budicího obvodu sestávajícího z pulsního měniče 3, budicího vinutí trakčního motoru 4 a druhého brzdového odporníku R2 a jeho velikost je Pb = kl. J²b (R₂ + Rb) kde k^ je konstanta respektující především účinnost pulsního měniče 3 a Rb je ohmický odpor budicího vinutí trakčního motoru 4. Brzdový moment v tomto zapojení

Mc — k · γ lze matematicky rozdělit na dvě složky Mi a M2, kde Mi odpovídá Pri tj. součinu s = v. J²b a M2 odpovídá Pb a platí _{= k2} . _Jg , kde k₂ je konstanta. Z uvedených vztahů je zřejmé, že první složka momentu Mi je přímo úměrná rychlosti, zatímco druhá složka momentu M₂ je rychlosti nepřímo úměrná. Při vhodné volbě poměru hodnot prvního a druhého brzdového odporníku Ri, R2 lze dosáhnout v širokém rozsahu rychlostí momentové charakteristiky elektrické brzdy téměř nezávislé na rychlosti vozidla. Současně se vlivem druhé složky momentu M2 výrazně zvyšuje brzdový moment M_c elektrické brzdy v oblasti malých rychlostí.

Výše popsané zapojení pro regulaci trakč. pohonu motoru s nezávislou elektrickou brzdou lze použít pro pohon trolejbusů, tramvaji, elektrických a dieselelektrlckých lokomotiv a akumulátorových vozidel.

Claims (5)

1. Ií Zapojení pro regulaci trakčního pohonu s nezávislou elektrickou brzdou se sériovým motorem a tyristorovým impulsním regulátorem, vyznačené tím, že první vstup (a) filtru (2) je připojen přes paralelní kombinaci stykače napájení pohonu (Sn) a nabíjecího obvodu (1) na první napájecí svorku (A) a že druhý vstup (b) filtru (2) je připojen na druYNALEZU' hou napájecí svorku (B), přičemž kladná výstupní svorka (c) filtru (2) je připojena na první vstup (f) pulsního měniče (3), jehož výstup (g) je přes budicí vinuti (4) trakčního motoru připojen na anodu blokovací diody (Dj), jejíž katoda je přes sériovou kombinaci kotvy trakčního motoru (5J a čidla kotevního proudu (6) připojena na zápornou výstup215280 ní svorku (d) filtru (2], na níž je současně připojena anoda nulové diody (Dzj, jejíž katoda je připojena na výstup (g) pulsního měniče (3), přičemž na zápornou výstupní svorku (dj filtru (2) je dále připojena přes první brzdový odporník (Ri) anoda první diody (Di), jejíž katoda je připojena na první vstup (f) pulsního měniče (3), přičemž anoda první diody, (Di) Je dále přes první brzdový stykač (S^j připojena na katodu blokovací diody (Dj), jejíž anoda Je přeš sériovou kombinaci druhého brzdového stykače (S2), druhého brzdového odporníku (R₂) a čidla budicího proudu brzdy (7) připojena na zápornou výstupní svorku (d) filtru (2), přičemž výstup (o) čidla budicího proudu brzdy (7) je připojen na první vstup (i) řídicího regulátoru (8), jehož druhý vstup (j) je připojen na výstup (n) čidla kotevního proudu (6) a · třetí vstup (k) řídicího regulátoru (8) je připojen na první vstup (f) pulsního měniče (3), jehož druhý vstup (h) je spojen s druhým výstupem (p) řídicího regulátoru (8), jehož čtvrtý vstup (1) Je spojen se zadávacím členem (9).
2. 2. Zapojení podle bodu 1 vyznačené tím, že paralelně k budicímu vinutí trakčního motoru (4) jsou připojeny obvody zeslabeni magnetického pole (10) trakčního motoru, jejichž vstup (r) je připojen na třetí výstup (q) řídicího regulátoru (8).
3. 3. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že do série s budicím vinutím (4) trakčního motoru je zapojena přídavná indukčnost (L).
4. 4. Zapojení podle bodu 2, vyznačené tím, že k paralelní kombinaci budicího vinutí (4) trakčního motoru a obvodů zeslabeni magnetického pole (10) trakčního motoru je do série zapojena přídavná indukčnost (L).
5. 5. Zapojení podle bodu 1 až 4, vyznačené tím, že první výstup (m) řídicího regulátoru (8) je připojen na třetí pomocný vstup (e) filtru ,(2).